一种聚合物溶液脱挥方法及设备技术

本发明专利技术提供了一种聚合物溶液脱挥方法及设备。本发明专利技术将含有挥发分的聚合物溶液从所述容器上部加入，沿所述中空内构件的外表面向下流动形成液膜，在所述容器底部汇集形成溶液池，并通过位于所述容器底部的排液口排出；聚合物溶液中的挥发分逸出后从所述容器上部的排气口排出，在所述中空内构件外表面与所述容器内表面构成的封闭空间内通入第一气流，在所述中空内构件内部通入第二流股，第一气流与聚合物溶液逆流接触后从所述容器上部的排气口排出。本发明专利技术可用于橡胶、聚烯烃、聚烯烃弹性体等材料的生产过程，具有设备结构简单、处理量大、脱挥效果好、能耗低等优点。能耗低等优点。能耗低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物溶液脱挥方法及设备


[0001]本专利技术涉及聚合物溶液脱挥发分的方法以及设备，具体涉及一种聚合物溶液脱挥方法及设备。

技术介绍

[0002]脱挥是化工生产中的一个环节，重要性仅次于反应过程，其作用主要是将聚合物中的挥发性物质从液相转移至气相或将溶剂脱除。脱挥过程的能耗常常占到生产过程整体能耗的60％以上。随着安全、环保与健康水平的不断提高，不同应用领域对聚合物材料中挥发性物质含量的要求也越来越高，某些特殊领域的聚合物产品中的特定挥发性成分的含量更是被要求到低于1mg/kg，因此，研究优化聚合物脱挥工艺与装备、实现低能耗高效率的聚合物脱挥过程有重要意义。
[0003]脱挥过程通常分为三级：第一级是闪蒸过程，可脱除60％～80％的挥发性组分；第二级是起泡脱挥，其需要操作压力降到溶质的平衡分压以下，并通入惰性气体或水蒸气，这一级可脱除10％～20％的挥发性组分；第三级为扩散脱挥，可将聚合物中的挥发性组分降到所需要的ppm级。
[0004]在脱气或脱挥发过程中，聚合物和挥发性组分之间分离的原因是这些物质之间的挥发性差异。聚合物和气相中的化学势之差是脱挥发的驱动力。该化学势的差异使得聚合物界面处有浓度梯度，从而导致从聚合物到气相的扩散。
[0005]脱挥设备多种多样，但大致可分为静态脱挥设备和动态脱挥设备两类，其目的都在于如何使聚合物中的挥发性组分更快速、更彻底的脱除。静态脱挥设备主要利用内部构件的几何构型来增大聚合物表面积，高的比表面积更有利于挥发性组分的脱除。此外，静态脱挥设备的优点还在于其没有移动件，其损耗和养护费用低。动态脱挥设备借助其移动部分能够显著的增加聚合物的表面更新率，例如挤出机这样的设备，其旋转部分用于提供表面更新、蒸发冷却和高效混合，以允许最佳的热传递和质量传递。但其有价格高昂，机械构造复杂，高能耗以及较高的泄漏率、养护费用高等缺点。
[0006]对于静态脱挥设备，可以增加聚合物在设备中的停留时间以期获得较低的挥发分残留量的高质量产品。然而，停留时间的增加可能会导致某些热敏聚合物溶液的降解，这无疑是不利的，并且某些静态脱挥设备中的聚合物其停留时间大部分处于液体分布器中，此时仅小部分聚合物溶液的表面暴露在真空或者减压环境中，不能进行高效脱挥。
[0007]在静态脱挥设备中，一般脱挥环境有惰性气体或水蒸气。脱挥过程中，聚合物与吹扫气体不断进行着传质及传热，其中，高温减压对脱挥过程是有利的，但聚合物中挥发性组分或溶剂的气化会吸收大量热量，使得吹扫气体温度下降，进而减弱脱挥效果，故如何在保持较高的温度环境下进行有效的脱挥也是亟待解决的问题。
[0008]US 2007/0137488 A1中公开了一种静态脱挥发分设备。这种已知的静态脱挥发分设备的缺点在于聚合物的停留时间中的大部分发生在分布器中，在移动通过多孔板并且由此分散之后，聚合物随后径直流动到排出泵中并且被直接排空。因此，分散的聚合物在脱挥
发分容器中的停留时间通常是非常有限的，对于较低粘性的液体，通常在数秒的范围中，在脱挥过程中传热效果差，并且比表面积小，传质效果受限。结果，所述脱挥发分通常不足以提供具有低挥发物浓度的高品质产品。
[0009]CN 110746524 A中公开了一种静态脱挥发分设备。该设备在脱挥环境下设置多重液体分布子单元优化了上述方案的停留时间分布的问题，使得液体在设备有更长的脱挥时间，但依旧没有解决传热问题。
[0010]US005453158A中公开的一种静态脱挥发分设备。其聚合物溶液先于加热平板中被加热，而后进入减压区脱挥。其加热仍是预热作用，在脱挥过程中没有热源供给。
[0011]脱除挥发分时会蒸发吸热导致聚合物溶液温度降低，从而导致脱挥效果减弱。上述专利设备中，在聚合物脱挥过程进行时传热效果均受限，一是因为脱挥过程中无额外热源供给热量，二是因为设备没有提供可在脱挥过程中换热的表面。
[0012]综上所述，将需要一种静态脱挥设备，允许分散的聚合物溶液在该脱挥设备中，以更大的比表面积及较长的停留时间进行脱挥，脱挥过程中，既能保证良好的传质效果又能保证良好的传热效果。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的在于提供一种用于使包括挥发性组分的聚合物溶液脱挥发分的方法及设备，所述方法无现有技术中的缺陷，特别是脱挥过程中温度降低导致传热效果减弱的缺陷。本专利技术的另外的目的包括提供一种将所述设备用于使包括挥发性组分的粘性液体脱挥发分中的方法，以及所述设备在包括挥发性组分的聚合物溶液的脱挥发分中的使用，所述聚合物溶液优选为聚合物熔体或溶液。
[0014]所述聚合物溶液脱挥方法为：在具有中空内构件的容器中，含有挥发分的聚合物溶液从所述容器上部加入，沿所述中空内构件的外表面向下流动形成液膜，在所述容器底部汇集形成溶液池，并通过位于所述容器底部的排液口排出；聚合物溶液中的挥发分逸出后从所述容器上部的排气口排出，在所述中空内构件外表面与所述容器内表面构成的封闭空间内通入第一气流，通过强化传质增强聚合物溶液的脱挥效果；在所述中空内构件内部通入第二流股，用于加热形成的液膜；第一气流与聚合物溶液逆流接触后从所述容器上部的排气口排出。
[0015]根据本专利技术的优选实施方式，所述第一气流为氮气、二氧化碳、水蒸气中的一种或前述多种气体混合物。
[0016]根据本专利技术的优选实施方式，所述第二流股为水蒸气、水、硅油或导热油，高温油传热包括但不限于甘油、石蜡油、甲基硅油或一些植物油；第二股优选为水蒸气。
[0017]根据本专利技术的优选实施方式，所述第一气流与第二流股的温度均不低于所述聚合物溶液的温度。
[0018]根据本专利技术的优选实施方式，所述第一气流与所述第二流股的流量之比为1:5到5:1，所述第一气流与所述聚合物溶液的流量之比为1:1到15:1。
[0019]根据本专利技术的优选实施方式，聚合物溶液在所述容器中停留时间不超过20分钟。
[0020]根据本专利技术的优选实施方式，所述容器中有至少2个所述中空内构件。
[0021]根据本专利技术的优选实施方式，所述中空内构件可为圆管、方管、多边形管、波纹管
或带有螺旋槽的直管。
[0022]根据本专利技术的优选实施方式，所述中空内构件可为波纹管或带有螺旋槽的直管与圆管的结合体，其中，上段为波纹管或带有螺旋槽的直管，下段为圆管，上下段长度比例为1:3至3:1。
[0023]根据本专利技术的优选实施方式，聚合物溶液在所述中空内构件外表面呈膜流动，雷诺数不高于2000。优选的，聚合物溶液在所述中空内构件外表面呈膜流动的停留时间不低于1分钟。
[0024]根据本专利技术的优选实施方式，在所述容器上部设置有聚合物溶液分布器，在所述容器下部设置有第二流股分布器。
[0025]根据本专利技术的优选实施方式，所述第二流股分布器位于所述溶液池中。
[0026]所述第二流股从所述容器底部进入，与所述聚合物溶液逆向流动，从容器顶部排出。
[0027]当所述第二流股为气流时(例如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物溶液脱挥方法，在具有中空内构件的容器中，含有挥发分的聚合物溶液从所述容器上部加入，沿所述中空内构件的外表面向下流动形成液膜，在所述容器底部汇集形成溶液池，并通过位于所述容器底部的排液口排出；聚合物溶液中的挥发分逸出后从所述容器上部的排气口排出，其特征在于：在所述中空内构件外表面与所述容器内表面构成的封闭空间内通入第一气流，通过强化传质增强聚合物溶液的脱挥效果；在所述中空内构件内部通入第二流股，用于加热形成的液膜；第一气流与聚合物溶液逆流接触后从所述容器上部的排气口排出。2.如权利要求1所述的聚合物溶液脱挥方法，其特征在于：所述第一气流为氮气、二氧化碳或水蒸气中的一种或多种的混合物。3.如权利要求1所述的聚合物溶液脱挥方法，其特征在于：所述第二流股为水蒸气、水、硅油或导热油；所述第二流股的温度高于所述聚合物溶液的温度。4.如权利要求1
‑
3所述的聚合物溶液脱挥方法，其特征在于：所述第一气流与所述第二流股的体积流量之比为1：5到5:1，所述第一气流与所述聚合物溶液的体积流量之比为1:1到15:1。5.如权利要求3所述的聚合物溶液脱挥方法，其特征在于：所述第二气流均为水蒸气，所述水蒸气从容器底部通入，一部分通入所述中空内构件内部作为第二流股，另一部分进入中空内构件外表面与所述容器内表面构成的封闭空间内单独作为第一气流或者与作为第一气流的其中的一部分。6.如权利要求1所述的聚合物溶液脱挥方法，其特征在于：所述容器中有至少2个所述中空内构件；聚合物溶液在所述中空内构件外表面呈膜流动，雷诺数不高于2000，停留时间不低于1分钟。7.如权利要求1或6所述的聚合物溶液脱挥方法，其特征在于：所述中空内构件为圆管、方管、多边形管、波纹管或带有螺旋槽的直管中的一种或多种的结合体。8.一种实施权利要求1所述方法的脱挥发分设备，其特征在于包括：用于接收聚合物溶液的罐体，用于将聚合物溶液引入罐体的聚合物溶液进口；用于将脱除挥发分的聚合物溶液引出罐体的聚合物溶液出口；用于将第一气流引入罐体中的第一气流进口；用于将第一气流以及挥发分混合气体引出罐体的第一气流出口；用于与所述罐体连接的上部封头以及下部封头，其中，所述上部封头包含用于使第二流股排出的第二流股出口，所述下部封头包含用于使第二流股进入的第二流股进口；用于隔开所述上部封头与所述罐体的上部隔板，其中，所述上部隔板位于所述罐体上部区域并且位于所述聚合物溶液进口上方；用于隔开所述下部封头与所述罐体的下部隔板，其中，所述下部隔板位于所述罐体下部区域并且位于所述第一气流进口下方；用于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆广海，
申请(专利权)人：杭州双安科技有限公司，
类型：发明
国别省市：